Wszystko o PoE z Moxa - poradnik wyboru switcha z technologią Power over Ethernet

Wstęp 

W artykule przedstawiamy przegląd przemysłowych switchy PoE marki Moxa  od prostych modeli niezarządzalnych, przez funkcjonalne smart switche, po zaawansowane przełączniki zarządzalne. Porównujemy ich możliwości w zakresie zasilania PoE, funkcji zarządzania oraz bezpieczeństwa. Opisujemy również podstawową wiedzę na temat technologii PoE ułatwiając samodzielny dobór odpowiedniego rozwiązania dla swoich aplikacji. 

Spis treści

• Czym jest PoE?
• Standardy PoE
• PSE oraz PD - kto dostarcza, a kto odbiera energię?
• Budżet mocy, a maksymalna moc na port
• Midspan oraz Endspan
• Funkcje zarządzania - który switch jest dla nas odpowiedni?
• Switche rackowe i modularne - elastyczność i skalowalność w rozbudowanych systemach przemysłowych
• Zasilacze buforowe i monitorowanie stanu zasilania
• Inteligentne zarzadzanie ze Smart PoE
• MXview - łatwe monitorowanie i diagnoza urządzeń PoE
• Podsumowanie

Czym jest PoE?

Technologia Power over Ethernet (PoE) umożliwia jednoczesne przesyłanie danych oraz energii elektrycznej przez standardowe przewody Ethernet (skrętkę). PoE znacząco obniża koszty instalacji, ograniczając ilość okablowania i upraszczając montaż urządzeń dzięki technologii plug-and-play. Pozwala również na łatwą rozbudowę systemów, szczególnie w miejscach trudno dostępnych, gdzie klasyczne zasilanie jest utrudnione. 

Standardy PoE

Standardy PoE (Power over Ethernet) są określone przez normy IEEE, które definiują parametry techniczne, takie jak maksymalna moc dostarczana do urządzeń, napięcie czy sposób transmisji zasilania.

• Pierwszym powszechnie stosowanym standardem był IEEE 802.3af, który oferuje dostarczanie maksymalnie do 15,4 W mocy na port, przy czym efektywna moc, jaką może otrzymać urządzenie końcowe, to około 12,95 W z uwagi na straty przesyłowe.  
• Kolejną wersją jest IEEE 802.3at, zwany także PoE+. Zapewnia do 30 W na port przełącznika, z czego urządzenie końcowe może otrzymać około 25,5 W. Standard ten pozwala zasilać bardziej wymagające urządzenia, takie jak zaawansowane punkty dostępowe Wi-Fi czy kamery PTZ.  
• Najnowszym rozwinięciem jest standard IEEE 802.3bt, określany jako PoE++, wykorzystujący wszystkie cztery pary przewodów w kablu Ethernet i oferujący moc nawet do 90 W na porcie. Dzięki temu możliwe jest zasilanie urządzeń o dużym zapotrzebowaniu na energię, takich jak zaawansowane kamery do monitoringu  

Każdy z tych standardów zapewnia kompatybilność wsteczną, co oznacza, że urządzenia zgodne ze starszymi normami będą działać z nowocześniejszymi urządzeniami zasilającymi, choć oczywiście z ograniczeniami mocy wynikającymi ze standardu obsługiwanego przez urządzenie końcowe. 

PSE oraz PD – kto dostarcza, a kto odbiera energię? 

Urządzenia PoE można podzielić na dwie grupy Power Sourcing Device (PSE) oraz Powered Device (PD). PSE to sprzęt odpowiedzialny za dostarczanie zasilania do urządzeń końcowych zazwyczaj są to switche, injectory lub huby. Z kolei PD to odbiorniki energii, takie jak kamery IP czy punkty dostępowe (access pointy), które korzystają z PoE do działania bez potrzeby oddzielnego zasilacza. 

Budżet mocy, a maksymalna moc na port 

Należy pamiętać, że mimo iż standard PoE określa maksymalną moc, jaką może otrzymać pojedynczy port, to każdy switch posiada swoje własne ograniczenie, jakim jest budżet mocy. Budżet mocy to całkowita ilość energii, jaką urządzenie PSE (Power Sourcing Equipment) może łącznie dostarczyć wszystkim podłączonym urządzeniom zasilanym (PD – Powered Device). Maksymalna moc na port określa jedynie, ile energii może zostać dostarczone przez jeden port, natomiast budżet mocy odnosi się do całego urządzenia. Dobierając przełącznik PoE, należy więc upewnić się, że suma zapotrzebowania energetycznego wszystkich podłączonych urządzeń nie przekracza dostępnego budżetu mocy przełącznika. 

Midspan oraz Endspan  

Istnieją dwie metody dostarczania energii, które opisane są w normach 802.3 af oraz 802.3  at: 

• Endspan to metoda, w której zasilanie PoE dostarczane jest bezpośrednio przez switch PoE bez urządzeń pośredniczących. Tego typu rozwiązanie jest najczęściej stosowane w nowoczesnych instalacjach, ponieważ upraszcza infrastrukturę. W przypadku tej metody zasilanie może być przenoszone po poprzez dwie pary przewodów skrętki służących do transmisji danych (metoda A) bądź poprzez dwie pary zapasowe (metoda B). 

• Midspan to natomiast rozwiązanie, w którym występuję pośrednik zazwyczaj drugie urządzenie PD do wstrzyknięcia zasilania do sieci. Urządzenie pośredniczące jest umieszone pomiędzy PSE, a PD i dostarcza zasilanie do sieci poprzez wolną parę przewodów (metoda B). Przykładem  jest zastosowanie Injectora, który umożliwia zasilanie urządzeń poprzez Ethernet, gdy istniejący przełącznik nie obsługuje technologii PoE, a chcemy dodać zasilanie bez wygenerowania znaczących kosztów. 

Ciekawym urządzeniem jest konwerter IMC-P21A-G2, który nie tylko zmienia medium transmisyjne ze światłowodu na skrętkę, ale również pełni funkcję injectora PoE, zapewniając zasilanie urządzeniom typu PD. Umożliwia tym samym ich komunikację  z infrastrukturą opartą na światłowodzie.

Czasami w sieciach występuje potrzeba rozdzielnia sygnału danych i zasilania przesyłanym jednym przewodem Ethernetowym. W takim przypadku niezbędnym urządzeniem będzie spliter. Spliter PoE działa w sposób odwrotny do injectora  odbiera połączony sygnał danych i zasilania, a następnie rozdziela go na dwa osobne wyjścia: jedno do transmisji danych oraz drugie do zasilania (najczęściej w postaci gniazda DC o określonym napięciu). Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie technologii PoE także z urządzeniami, które nie mają natywnego wsparcia dla tej funkcji, takimi jak starsze kamery IP, punkty dostępowe czy inne urządzenia sieciowe. Zastosowanie splitera upraszcza instalację, ogranicza liczbę potrzebnych kabli i ułatwia doprowadzenie zasilania w trudno dostępnych miejscach, gdzie nie ma możliwości podłączenia oddzielnego źródła energii elektrycznej.  

Funkcje zarządzania – który switch jest dla nas odpowiedni? 

W zależności od potrzeb danego projektu możemy wybrać trzy podstawowe typy switchy, które różnią się między sobą funkcjonalnością jaką oferują dla użytkownika:  

Switche niezarządzalne to najprostszy typ przełączników sieciowych, zaprojektowany z myślą o użytkownikach, którzy potrzebują łatwego w instalacji i obsłudze rozwiązania. Nie wymagają konfiguracji. Wystarczy je podłączyć, by rozpoczęły przesyłanie danych. Działają w modelu plug-and-play i nie oferują dostępu do opcji zarządzania, monitoringu ani diagnostyki. 

W ofercie Moxa znajdują się dwa modele niezarządzalnych switchy PoE. Model EDS-P206A-4PoE został wyposażony w porty Fast Ethernet, co czyni go doskonałym wyborem do zastosowań, gdzie wystarczająca jest prędkość transmisji do 100 Mb/s. Urządzenie oferuje do 4 portów PoE o mocy do 30 W. 

Z kolei model EDS-G205A-4PoE to bardziej zaawansowana propozycja, obsługująca technologię Gigabit Ethernet. Dzięki wyższej przepustowości (do 1000 Mb/s), jest idealnym rozwiązaniem dla aplikacji wymagających dużej szybkości transmisji danych. Oba przełączniki cechują się solidną konstrukcją i wsparciem dla szerokiego zakresu napięć zasilania. 

Switche smart to urządzenia, które łączą prostotę switchy niezarządzalnych z podstawowymi funkcjami zarządzania. Pozwalają użytkownikom, którzy nie są specjalistami sieciowymi, na łatwe wdrożenie podstawowych opcji diagnostycznych, bezpieczeństwa czy segmentacji poprzez VLAN. 

Seria smart switchy SDS-3000 firmy Moxa oferuje kilka modeli z obsługą PoE, które różnią się pod względem wydajności energetycznej i możliwości sieciowych. 

Pod względem zasilania, modele takie jak SDS-3006-4PoE-2GTXSFP oferują do 36 W na port, co w pełni odpowiada standardowi IEEE 802.3at (PoE+). Przy zasilaniu 48 VDC urządzenie zapewnia budżet mocy do 120 W.  To rozwiązanie sprawdza się w mniejszych instalacjach, gdzie istotna jest zarówno oszczędność miejsca, jak i energii. 

Bardziej rozbudowany model, SDS-3010-8PoE-2GTXSFP, oferuje aż 8 portów PoE oraz budżet mocy do 240 W, co czyni go bardzo konkurencyjnym wśród smart switchy. To urządzenie jest w stanie zasilić większe systemy monitoringu wizyjnego czy zestawy czujników przemysłowych bez konieczności stosowania zewnętrznych zasilaczy. 

Z kolei model SDS-G3010-8PoE-2GTXSFP wyróżnia się wsparciem dla Gigabit Ethernet na wszystkich portach PoE, co zapewnia przepustowość do 1 Gb/s przy jednoczesnym zasilaniu urządzeń końcowych. Jego budżet mocy podobnie jak w modelu SDS-3006 wynosi 120 W. 

Switche zarządzalne to najbardziej zaawansowane urządzenia, przeznaczone do aplikacji, w których kluczowa jest pełna kontrola nad ruchem sieciowym, bezpieczeństwo transmisji oraz niezawodność działania nawet w skomplikowanych topologiach. Umożliwiają one konfigurację m.in. VLAN, redundancji (np. Turbo Ring V2, MRP), QoS, SNMP, bezpieczeństwa portów, mirroringu i wielu innych w tym funkcji smart PoE, która umożliwia zarządzanie zasilaniem urządzeń PoE, diagnozowanie ewentualnych awarii oraz monitorowanie parametrów zasilania. 

Switche zarządzalne Moxa oferują szeroką gamę możliwości zasilania PoE, co pozwala na ich elastyczne dopasowanie do potrzeb konkretnego systemu. Modele starszej generacji, takie jak EDS-P506E-4PoE czy EDS-G512E-8PoE, obsługują zasilanie w standardach IEEE 802.3af/at, zapewniając odpowiednio do 60 W oraz 36 W mocy na port. Całkowity budżet mocy zależy od wybranej opcji, dla modelu EDS-G512E-8PoE przy zasilaniu 48 VDC wynosi on 240 W, co umożliwia stabilne zasilanie nawet 8 urządzeń jednocześnie. 

Bardziej zaawansowane modele, jak EDS-4008-4P-2GT-2GS, EDS-4012-8P-4GS oraz EDS-G4012-8P-4QGS, oferują już wsparcie dla standardu IEEE 802.3bt, zapewniając do 90 W mocy na port, co czyni je odpowiednimi do zasilania urządzeń o wysokim poborze energii. Również całkowity budżet mocy sięga tu nawet 240 W przy zasilaniu 48 VDC, jednak w modelach z zasilaczem -LVB należy zwrócić uwagę na obniżenie tej wartości. 

Pod względem bezpieczeństwa, switche z serii EDS-4000 i EDS-G4000 wyróżniają się zdecydowanie na tle starszych modeli. Zostały one zaprojektowane zgodnie z rygorystycznymi normami IEC 62443-4-2, co zapewnia im wysoki poziom odporności na zagrożenia cybernetyczne. W praktyce oznacza to możliwość stosowania zaawansowanych funkcji uwierzytelniania użytkowników, szyfrowania komunikacji, segmentacji sieci, a także integracji z serwerami RADIUS lub TACACS+. Dzięki tym funkcjom, switche te znajdują zastosowanie w infrastrukturach krytycznych, gdzie bezpieczeństwo i niezawodność transmisji danych mają kluczowe znaczenie. 

Switche rackowe i modularne – elastyczność i skalowalność w rozbudowanych systemach przemysłowych 

W przypadku dużych systemów przemysłowych, centrów danych czy stacji energetycznych, kluczowe znaczenie mają nie tylko parametry elektryczne i niezawodność, ale również możliwość elastycznego dostosowania przełącznika do aktualnych i przyszłych potrzeb projektu. Tutaj z pomocą przychodzą switche rackowe oraz modularne, które umożliwiają zaawansowaną rozbudowę oraz integrację złożonych topologii sieciowych. 

Switche montowane w szafie Rack, takie jak IKS-6728A-8PoE-4GTXSFP w połączeniu z modułem IM-6700A-8PoE, oferują zasilanie PoE+ do 36 W na port, zgodne ze standardem IEEE 802.3at. Dzięki możliwości dodania dodatkowych modułów, rozwiązanie to zapewnia dużą gęstość portów oraz wysoką przepustowość. Całkowity budżet mocy do 720 W pozwala na elastyczne zarządzanie zasilaniem nawet w wymagających środowiskach przemysłowych. Dodatkową zaletą jest oddzielenie zasilania switcha od zasilania modułów PoE (w wersjach HV), co zwiększa niezawodność całego systemu.  Switch może kontynuować pracę nawet w przypadku awarii zasilacza PoE.  

PT-G7728/G7828 z modułami rozszerzeń również zapewnia zasilanie w standardzie PoE+, jednocześnie oferując redundantne zasilanie, zaawansowane funkcje zarządzania oraz wsparcie dla protokołów przemysłowych PRP/HSR. Switche PT-G7728/G7828 są rozwiązaniami w pełni gigabitowymi.  

RKS-G4028-PoE to zaawansowany switch warstwy 3 (opcjonalnie) do montażu w szafie Rack, który dzięki modularnej budowie pozwala na elastyczną konfigurację portów. Obsługuje moduły z portami PoE++ (IEEE 802.3bt) zapewniającymi do 90 W na port przy budżecie mocy wynoszącym 300 W.  

Warto też wspomnieć o switchach serii MDS-G4000. Łączą one kompaktową, przemysłową formę z możliwościami rozbudowy charakterystycznymi dla większych platform rackowych jednocześnie umożliwiając montaż na szynie DIN. Switch ten obsługuje zasilanie PoE+, a jego modułowa konstrukcja umożliwia elastyczne dostosowanie konfiguracji portów Ethernetowych lub światłowodowych.  Budżet mocy w tych switchach wynosi do 360 W przy zastosowaniu jednego zasilacza PoE, a przy wykorzystaniu dwóch modułów zasilania PoE budżet sięga aż 720 W. 

Zasilacze buforowe i monitorowanie stanu zasilania 

W wielu instalacjach przemysłowych kluczowe znaczenie ma zapewnienie ciągłości zasilania, szczególnie w przypadku urządzeń PoE pracujących w systemach monitoringu, kontroli dostępu czy automatyki. W takich scenariuszach często stosuje się zasilacze buforowe, które dzięki wbudowanemu akumulatorowi podtrzymują zasilanie switcha w przypadku chwilowej awarii sieci energetycznej. Niektóre modele switchy PoE Moxa  wyposażone są w wejście cyfrowe, które może służyć do monitorowania stanu pracy zasilacza. Zasilacz buforowy, posiadający odpowiednie wyjście sygnalizacyjne (np. przekaźnikowe), może być podłączony do wejścia cyfrowego switcha, umożliwiając monitorowanie przejścia na zasilanie awaryjne oraz informowanie użytkowania o zaistniałej awarii.  

Inteligentne zarządzanie ze Smart PoE  

Funkcje inteligentnego zarządzania „Smart PoE” oferowane przez Moxa , umożliwiają użytkownikowi pełną kontrolę nad zasilaniem urządzeń końcowych. Dzięki nim można zdalnie włączać/wyłączać zasilanie na konkretnych portach, monitorować zużycie energii, diagnozować problemy z zasilaniem, a w razie zawieszenia się urządzeń PD umożliwia ich automatyczne zrestartowanie. Są to opcje dostępne tylko w przełącznikach, w których występuje możliwość zarządzania. Dodatkowo, system „Smart PoE” wyposażony jest w zaawansowany mechanizm powiadomień, obejmujący notyfikacje SNMP trap, e-mail, syslog oraz sygnały przekazywane przez przekaźnik, co umożliwia szybką reakcję na ewentualne problemy. 

MXview - łatwe monitorowanie i diagnoza urządzeń PoE 

Oprogramowanie MXview to nowoczesne narzędzie do zarządzania siecią, stworzone z myślą o monitorowaniu i diagnozowaniu urządzeń sieciowych w środowiskach przemysłowych. W kontekście technologii PoE umożliwia szczegółowy podgląd stanu zasilania na poszczególnych portach przełączników, w tym aktualnych wartości napięcia, natężenia oraz mocy dostarczanej do urządzeń końcowych. Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest szybkie wykrywanie awarii lub nieprawidłowości w pracy urządzeń zasilanych przez PoE, co znacząco ułatwia utrzymanie ciągłości działania infrastruktury sieciowej.

Podsumowanie 

Technologia Power over Ethernet (PoE) znacząco upraszcza instalacje sieciowe, eliminując potrzebę oddzielnego okablowania zasilającego i umożliwiając szybką rozbudowę systemów. Wybór odpowiedniego switcha PoE zależy od wielu czynników – od zapotrzebowania energetycznego urządzeń końcowych, przez wymagania dotyczące zarządzania i bezpieczeństwa, aż po skalowalność infrastruktury. Moxa oferuje szeroką gamę przełączników PoE – od prostych, niezarządzalnych modeli, przez smart switche z podstawową konfiguracją, aż po zaawansowane switche zarządzalne zgodne ze standardem IEEE 802.3bt, zapewniające wysoką moc na port i pełne bezpieczeństwo sieci. Dodatkowo, funkcje Smart PoE oraz integracja z oprogramowaniem MXview pozwalają na centralne, zdalne zarządzanie zasilaniem i monitorowanie całej sieci przemysłowej w czasie rzeczywistym. Dzięki temu użytkownicy mogą dobrać rozwiązanie dopasowane do konkretnych potrzeb aplikacji, zarówno pod względem technicznym, jak i budżetowym.